MATERIALES CERÁMICOS

La cerámica es más que alfarería y platos; arcilla, ladrillos, tejas, vidrio y cemento son probablemente los ejemplos más conocidos.

Pero hay miles de objetos cerámicos que probablemente desconozcamos, como por ejemplo los recubrimientos de baldosas de los transbordadores espaciales, en los chalecos antibalas o en electrónica para la fabricación de los semiconductores o aislantes.



Indice de Contenidos:

- ¿Qué son los Materiales Cerámicos?
- Tipos de Materiales Cerámicos
- Gruesos y Finos
- Tradicionales y Técnicos
- Propiedades de los Materiales Cerámicos
- Ejemplos de Materiales Cerámicos
- Historia de la Cerámica

¿Qué son Los Materiales Cerámicos?

Un material cerámico es un material sólido que se obtiene calentando una sustancia mineral, como arena o arcilla a altas temperaturas.

Una definición más amplia y científica de material cerámico especifica que se trata de materiales no metálicos y no orgánicos obtenidos por la acción de altas temperaturas.

Precisamente son estas altas temperaturas las que crean al corazón de la cerámica, una transformación irreversible que confiere a la cerámica producida nuevas propiedades como la resistencia y resistencia al desgaste, resistencia al calor, propiedades aislantes, etc.

Las cerámicas están hechas principalmente de materias primas inorgánicas de grano fino con la adición de agua a temperatura ambiente y luego secadas, que se sinterizan en un proceso de cocción posterior por encima de 900ºC para formar objetos duros y más duraderos.

El término también incluye materiales basados ​​en óxidos metálicos.

Hoy en día, la cerámica se utiliza cada vez más con fines técnicos (cerámica técnica) y en procesos similares, pero principalmente a temperaturas de sinterización más altas.

En el campo de las cerámicas reforzadas con fibras, también se utilizan polímeros orgánicos que contienen silicio como materiales de partida para la producción de material cerámico de carburo de silicio amorfo.

Se transforman de polímero a cerámica amorfa en un proceso de pirólisis.

Pirólisis: degradar o transformar la materia por calor pero sin presencia de oxígeno.

Tipos de Materiales Cerámicos

La gente comenzó a fabricar cerámica hace miles de años.

La cerámica, el vidrio y el ladrillo se encuentran entre los materiales más antiguos inventados por humanos, y todavía estamos diseñando nuevos materiales cerámicos en la actualidad, como convertidores catalíticos para los automóviles actuales y superconductores de alta temperatura para las ordenadores del mañana.

La clasificación de la cerámica basada en su composición y en sus aplicaciones específicas son las dos formas más importantes de clasificación, aunque hay otras muchas.

Gruesos y Finos

Es muy común la división en cerámicas gruesas y finas.

Los materiales cerámicos gruesos incluye el gran grupo de cerámicas de construcción (por ejemplo, tejas y tejas de construcción, tuberías de alcantarillado); estos productos son de paredes gruesas, a menudo no homogéneos y, a menudo, de un color aleatorio.

Los materiales cerámicos finos, por otro lado, son de grano fino (tamaño de grano inferior a 0,05 mm), de un color definido (por ejemplo, blanco para cerámicas domésticas, vajillas y sanitarios); esto también incluye productos artísticos.

Las cerámicas finas requieren mucho más cuidado en la preparación de la materia prima, el modelado, el secado y la cocción que el necesario en la fabricación de cerámicas gruesas o bastas.

Otra clasificación es en Cerámicas Tradicionales y las Técnicas

Tradicionales y Técnicos

Las materiales cerámicos tradicionales son las cerámicas vitrificadas que se obtienen moldeando en estado plástico mediante la adición de agua y luego la cocción (sinterización y fusión de sílice).

La arcilla es uno de los principales materiales que constituyen la cerámica tradicional.

Se agrega el feldespato para darle mejores cualidades de la cerámica.

Los materiales cerámicos técnicos se distingue de la cerámica tradicional por una mayor temperatura de conformado, un control más preciso de los elementos constituyentes y procesos de conformado particulares y más rigurosos.

Podemos ir desde las más artesanales hasta las más avanzadas clasificándolas:

Tradicional

Terracota: ladrillos, tejas, cerámica, conductos de humos, tubería de drenaje, etc.

Loza: equipos sanitarios, vajilla, azulejos, etc.

Gres: baldosas, aparatos químicos, sanitarios, etc.

Porcelana: vajilla, aparatos químicos, aislante eléctrico, etc.

Técnica

Productos refractarios: aplicación en la industria térmica, etc.

Cerámica técnica avanzada: componente semiconductor, herramientas de corte, piezas de motor calientes, etc.

Mientras que la terracota requiere una temperatura de cocción de 900°C a 1000 °C, las cerámicas técnicas avanzadas requieren temperaturas de sinterización de hasta 2.600°C.

La porcelana es la mejor calidad de la cerámica tradicional y su temperatura de cocción oscila entre los 1100° y 1300ºC siendo los principales materiales que lo constituyen el caolín, arcilla blanca, feldespato y cuarzo.

Propiedades de los Materiales Cerámicos

Los materiales cerámicos generalmente tienen una excelente resistencia mecánica, alta dureza y alta resistencia al desgaste y a las altas temperaturas, mientras que exhiben una densidad relativamente baja.

Además, son excelentes aislantes eléctricos y térmicos.

Debido a su naturaleza inerte, las cerámicas son resistentes al ataque químico y garantizan una excelente biocompatibilidad médica y alimentaria.

En comparación con otros materiales, los componentes cerámicos técnicos proporcionan un rendimiento inigualable y, por lo tanto, mejoran los conjuntos en los que se integran.



Veamos más concretamente algunas de ellas.

Propiedades mecánicas

Los materiales cerámicos tienen la mejor rigidez y la mayor dureza de los materiales de ingeniería.

La resistencia a la compresión de las cerámicas es alta, pero la resistencia a la tracción es baja y la plasticidad y tenacidad son malas.

Puedes ver lo que son  todas estas propiedades en: Propiedades Mecánicas

Propiedades Térmicas

Los materiales cerámicos generalmente tienen un alto punto de fusión (generalmente por encima de 2000° C) y una excelente estabilidad química a altas temperaturas.

La conductividad térmica de las cerámicas es menor que la de los materiales metálicos, y las cerámicas también son buenos materiales de aislamiento térmico.

Al mismo tiempo, el coeficiente de expansión lineal de la cerámica es menor que el del metal.

Cuando cambia la temperatura, la cerámica tiene una buena estabilidad dimensional.

Propiedades Eléctricas

La mayoría de las cerámicas tienen un buen aislamiento eléctrico, por lo que se utilizan ampliamente para fabricar dispositivos de aislamiento de varios voltajes diferentes.

Las cerámicas ferroeléctricas (BaTiO3) tienen una rigidez dieléctrica alta y se pueden utilizar para fabricar condensadores.

Bajo la acción de un campo eléctrico externo, las cerámicas ferroeléctricas también pueden cambiar de forma y convertir la energía eléctrica en energía mecánica (con las propiedades de los materiales piezoeléctricos) que se pueden utilizar en micrófonos, fonógrafos, instrumentos ultrasónicos, sonares, espectrómetros médicos, etc.

Las cerámicas también tienen las propiedades de los semiconductores y se pueden utilizar como rectificadores.

Propiedades Químicas

Los materiales cerámicos no se oxidan fácilmente a altas temperaturas y tienen buena resistencia a la corrosión por ácidos, alcalinos y sal.

Propiedades Ópticas

Los materiales cerámicos también tienen propiedades ópticas únicas que pueden usarse como materiales láser de estado sólido, materiales de fibra óptica, memorias ópticas, etc.

La cerámica transparente se puede utilizar para lámparas de sodio de alta presión, etc.

Las cerámicas magnéticas (como MgFe2O4, cufe2o4, Fe3O4) tienen una amplia gama de usos en cintas, discos, núcleos de transformadores y grandes elementos de almacenamiento informático.

Ejemplos de Materiales Cerámicos

Veamos algunos de los usos de lo miles o millones que hay de los materiales cerámicos

La loza es un tipo de cerámica muy útil para hacer vajillas.

Los vasos y tazas están hechos de cerámica.

Los suelos suelen estar cubiertos con baldosas de cerámica.

Las cerámicas se utilizan como aislantes en condensadores eléctricos y en componentes electrónicos como el tiristor o el varistor.

Los elementos calefactores de cerámica son un alambre de resistencia (alambre de tungsteno) que está rodeado por una funda de material cerámico.

En particular, se fabrican emisores de infrarrojos industriales que son resistentes a temperaturas extremas e inertes a entornos químicamente agresivos.

Los aisladores cerámicos hechos de porcelana electrotécnica se han utilizado tradicionalmente ampliamente en la ingeniería eléctrica.

Los aisladores de alto voltaje son inconcebibles sin ellos.

Historia de la Cerámica

El término cerámica proviene del griego antiguo "Keramos" que era el nombre de la arcilla y los productos dimensionalmente estables elaborados a partir de él mediante cocción.

La producción de cerámica es una de las técnicas culturales más antiguas conocidas por el hombre.

Su uso más antiguo parece haber tenido lugar en culturas de cazadores semi-asentadas en el área del Alto Nilo.

Sin embargo, originalmente debe su enorme distribución a las mayores posibilidades de almacenar alimentos en el Neolítico.

La cerámica juega un papel fundamental en la determinación de las culturas neolíticas, sin embargo, la arcilla material de origen, también ofreció incentivos para el diseño artístico y una gran importancia en las aplicaciones técnicas.

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